多线程

线程简介

process和thread

说起进程，就不得不说程序。程序是指令和数据的有序集合，其本身没有任何运行的含义，是一个静态的概念。
进程则是执行程序的一次执行过程，他是一个动态的概念。是资源分配的单位
通常在一个进程中可以包含若干个线程，当然一个进程中至少有一个线程，不然没有存在的意义。线程是CPU调度和执行的单位

注意：很多多线程都是模拟出来的，真正的多线程是指有多个CPU，即多核，如服务器。如果是模拟出来的多线程，即只有一个cpu的情况下，在同一个时间点，cpu只能执行一个代码，因为切换的很快，所以有种同时执行的错觉

线程就是独立的执行路径
在程序运行时，即使没有自己创建线程，后台也会有多个线程，如主线程、gc线程
main()称之为主线程，为系统的入口，线程的运行由调度器安排调度，调度器是与操作系统紧密相关的，先后顺序是不能人为干预的
对同一份资源操作时，会存在资源抢夺的问题，需要加入并发控制
线程会带来额外的开销，如cpu的调度时间、并发控制开销等
每个线程在自己的工作内存交互，内存控制不当会造成数据的不一致

线程实现（*）

线程的创建

继承Thread类

自定义线程类继承Thread
重写run()方法，编写线程执行体
创建线程对象，调用***start()***方法启动线程

线程不一定立即执行，CPU安排调度

public class ThreadTask extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 500; i++) {
            System.out.println("我是多线程1继承");
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread();
        thread.start();
    }
}

实现Runnable接口

自定义线程类实现Runnable
实现run()方法，编写线程执行体
创建线程对象，调用***start()***方法启动线程

推荐使用Runnable对象，因为java单继承的局限性

public class ThreadTaskIn implements Runnable{

    public void run() {
        for (int i = 0; i < 500; i++) {
            System.out.println("我是多线程1继承");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //创建Runnable实现类对象
        ThreadTaskIn threadTaskIn = new ThreadTaskIn();
        //创建线程对象，通过线程对象来开启线程，使用了代理：都实现了runnable接口
        new Thread(threadTaskIn).start();
    }
}

实现Callable接口

实现Callable接口，需要返回值类型
重写call方法，需要抛出异常
创建目标对象
创建执行服务
提交执行
获取结果
关闭资源

public class ThreadTask3 implements Callable<String> {
    public String call() throws Exception {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        return Thread.currentThread().getName();
    }
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ThreadTask3 t = new ThreadTask3();
        ExecutorService se = Executors.newFixedThreadPool(1);
        Future<String> future = se.submit(t);
        String result = future.get();
       se.shutdownNow();
    }
}

相比于其他两种方式，第三种可以有返回值，也可以抛异常

Lambda表达式

理解函数式接口（Functional Interface）是学习java8 Lambda表达式的关键。
函数式接口的定义：
- 任何接口，如果只包含唯一一个抽象方法，那么就是一个函数式接口
- 对于函数式接口，我们可以通过Lambda表达式来创建该接口的对象

简化：

执行体只有一句时，可以省略大括号
多个参数也可以省略参数类型，但是要全部，且加上括号
只有一个参数时，可以省略小括号

Runnable r = ()-> System.out.println("kaka");
r.run();
//lambda表达式的参数和run方法的参数一致

线程状态

alt alt

停止线程

不推荐使用JDK提供的stop()，destroy()方法【已废弃】
推荐线程自己停下来
建议使用一个标志位进行终止变量，当flag=false时，终止线程运行

线程休眠

sleep指定当前线程阻塞的毫秒数
sleep存在异常InterruptedException
sleep时间达到后线程进入就绪状态
sleep可以模拟网络延时、倒计时等
每个对象都有一个锁，sleep不会释放锁

线程礼让

礼让线程，让当前正在执行的线程暂停，但不阻塞
将线程从运行状态转为就绪状态
让CPU重新调度，礼让不一定成功！看CPU的调度结果！
调用yield方法：Thread.yield();

线程强制执行

join合并线程，待此线程执行完毕之后，再执行其他线程，其他线程阻塞
可以认为是插队

ThreadTaskIn threadTaskIn = new ThreadTaskIn();
Thread thread = new Thread(threadTaskIn);
thread.start();
thread.join();

观测线程状态

hreadTaskIn threadTaskIn = new ThreadTaskIn();
Thread thread = new Thread(threadTaskIn);
Thread.State state = thread.getState();
System.out.println(state);
thread.start();
state = thread.getState();
System.out.println(state);

线程优先级

java提供一个线程调度器来监控程序中启动后进入就绪状态的所有线程，线程调度器按照优先级决定应该调度哪个线程来执行
线程的优先级用数字表示，范围从1-10
- Thread.MAX_PRIORITY = 1
- Thread.MIN_PRIORITY = 10
- Thread.NORM_PRIORITY = 5

使用以下方式改变获取优先级

ThreadTaskIn threadTaskIn = new ThreadTaskIn();
Thread thread = new Thread(threadTaskIn);
thread.getPriority();  //5
thread.setPriority(10);
thread.start();//启动之后优先级才生效
thread.getPriority(); //10

优先级低只是意味着获得调度的概率低，并不是优先级低就不会被调用了，这都是看CPU的调度

守护线程（daemon）

线程分为用户线程和守护线程
虚拟机必须确保用户线程执行完毕
虚拟机不必等待守护线程执行完毕，如后台记录操作日志、监控内存、垃圾回收等待

ThreadTaskIn threadTaskIn = new ThreadTaskIn();
Thread thread = new Thread(threadTaskIn);
thread.setDaemon(true); //不设置的话默认时是用户线程

线程同步（*）

并发

同一个对象被多个线程同时操作====》排队-----队列+锁----解决线程同步安全性

由于同一进程的多个线程共享同一块存储空间，在带来方便的同时，也带来了访问冲突问题，为了保证数据在方法中被访问时的正确性，在访问时加入锁机制 synchronized，当一个线程获得对象的排它锁，独占资源，其他线程必须等待，使用后释放锁即可
存在以下问题
- 一个线程持有锁会导致其他所有需要此锁的线程挂起
- 在多线程竞争下，加锁，释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延时，引起性能问题
- 如果一个优先级高的线程等待一个优先级低的线程释放锁，会导致优先级倒置，引起性能问题

同步方法

由于我们可以通过private关键字保证数据对象只能被方法访问，所以我们只需要针对方法提出一套机制，这套机制就是synchronized关键字，有两种用法：synchronized方法和synchronized块
synchronized方法控制对“对象”的访问吧，每个对象对应一把锁，每个synchronized方法都必须获得调用该方法的对象的锁才能执行，否则线程会阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到方法返回才释放锁，后面被阻塞的线程才能获得这个锁，继续执行
缺陷：若将一个逻辑复杂运行时间超长的方法申明为synchronized将会影响效率-----》synchronized需要定点打击

同步块

synchronized（obj）{}
Obj称之为同步监视器
- Obj可以是任意对象，但是推荐使用共享资源作为同步监视器
- 同步方法无需指定同步监视器，因为同步方法的同步监视器就是this，就是这个对象本身，或者是class
同步监视器的执行过程
1. 第一个线程访问，锁定同步监视器，执行其中代码
2. 第二个线程访问，发现同步监视器被锁住，无法访问
3. 第一个线程访问完毕，解锁同步监视器
4. 第二个线程访问，发现同步监视器没有锁，然后锁定访问

JUC安全类型的集合：java.util.concurrent.* 这个包下的

CopyOnWriteArrayList<String> strings = new CopyOnWriteArrayList<>();

死锁

多线程各自占有一些共享资源，并且相互等待其他线程占有的资源才能运行，而导致两个或多个线程都在等待对方释放资源，都停止执行的情景，某一个同步块同时拥有两个以上对象的锁时，就可能会发生死锁问题

产生死锁的四个必要条件

互斥条件：一个资源每次只能被一个线程使用
请求与保持条件：一个线程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放
不剥夺条件：线程已获得的资源，在未使用完之前，不能强行剥夺
循环等待条件：若干线程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系

我们只需要想办法破坏其中一个或多个条件就可以避免死锁发生

Lock

从jdk5开始，java提供了更强大的线程同步机制--通过显式定义同步锁对象来实现同步。同步锁使用Lock对象充当
java.util.concurrent.locks.Lock接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。锁提供了对共享资源的独占访问，每次只能有一个线程对Lock对象加锁，线程开始访问共享资源之前应先获得Lock锁
ReentrantLock（可重入锁）类实现了Lock，他拥有与synchronized相同的并发性和内存语义，在实现线程安全的控制中，比较常用的是ReentrantLock可以显式加锁、释放锁

public class ThreadTaskIn implements Runnable{
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();//定义锁
    public void run() {
        try {
            lock.lock();//获取锁
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                System.out.println("我是多线程1继承");
                Thread.yield();
            }
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            lock.unlock();//释放锁
        }          
    }
}

线程通信

线程协作

生产者消费者模式

这是一个线程同步问题，生产者与消费者共享同一个资源，并且生产者和消费者之间相互依赖。互为条件

对于生产者，没有生产产品之前，要通知消费者等待，而生产了产品之后又需要马上通知消费者消费
对于消费者，在消费之后，要通知生产者已经结束消费，需要生产新的产品以供消费
在生产者消费者问题中，仅有synchronized是不够的
- synchronized可阻止并发更新同一个共享资源，实现同步
- synchronized不能用来实现不同线程之间的消息传递（通信）

解决方案1

并发协作模型“生产者/消费者模式”---》管程法

生产者：负责生产数据的模块（可能是方法、对象、线程、进程）
消费者：负责处理数据的模块（可能是方法、对象、线程、进程）
缓冲区：消费者不能直接使用生产者的数据，之间有个缓冲区

生产者将生产好的数据放入缓冲区，消费者从缓冲区中拿出数据

解决方案2

并发协作模型“生产者/消费者模式”---》信号灯法

通过标志通知线程唤醒还是等待

线程池

相关API ：ExecutorService和Executors
ExecutorService：真正的线程池接口，常见字类：ThreadPoolExecutor
- void execute（Runnable command）:执行任务、命令，没有返回值，一般来执行Runnable
- Future submit(Callable task)：执行任务、命令，有返回值，一般执行callable
- void shutdown（）：关闭连接池

Executors：工具类、线程池的工厂类，用于创建不同类型的线程池

Executors.newFixedThreadPool();
Executors.newCachedThreadPool();
Executors.newScheduledThreadPool();
Executors.newSingleThreadExecutor();
Executors.newWorkStealingPool();

以上内容如有错误之处，欢迎指正！！！

学习源为：https://space.bilibili.com/95256449/channel/seriesdetail?sid=393820&ctype=0

06-多线程学习记录

多线程